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《5G NR标准：下一代无线通信技术》

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本书以3GPP 2018年9月制定的R15版5G商用标准为基础，详解5G NR标准技术规范和成因 ，爱立信5G标准专家撰写，爱立信中国研发团队翻译，IMT-2020（5G）推进组组长 王志勤、爱立信（中国）通信有限公司CTO 彭俊江作序。

内容简介

本书对NR标准进行了描述。NR标准是在2018年春末由3GPP制定的新一代无线接入技术标准。

第1章对5G做了简单介绍。第2章描述了标准化的过程和相关的组织，比如3GPP和ITU。第3章介绍了可用于移动通信的频段以及发掘可用新频段的流程。

有关LTE及其演进的概述请参阅第4章。虽然本书的重点是NR，但作为后续章节的背景，对LTE做简要概述是有益的。一个原因是，LTE和NR都是由3GPP制定的，因此具有共同的背景，并且使用了某些相同的技术构件。NR中的许多设计选择也是基于LTE的经验做出的。此外，LTE还会继续与NR并行发展，仍是5G无线接入中的重要组成部分。

第5章是对NR的概述，可以单独阅读以获得对NR的宏观理解，也可以作为对后续章节的介绍。

第6章概述了NR总的协议结构，第7章描述了NR整个的时频域结构。

多天线处理和波束赋形是NR的重要组成部分。第8章概述了支持这些功能的信道探测方法，第9章总体介绍了传输信道的处理，第10章介绍了相关的控制信令。这些功能如何支持不同的多天线方案和波束赋形在第11章和第12章中描述。

重传功能和调度是第13章和第14章的主题，第15章讲功率控制，第16章讲初始接入。

与LTE的共存和互通是NR的重要组成部分，特别是在依赖LTE进行移动性和初始接入的非独立组网模式下。第17章对此进行了介绍。

考虑到大频率范围上以及多标准无线终端的频谱灵活性，第18章描述了NR对射频的要求。第19章讨论了毫米波范围内较高频段的射频实现所要考虑的问题。

最后，第20章对本书做了总结，对未来的NR版本进行了展望。

作者简介

埃里克•达尔曼（Erik Dahlman）

爱立信公司研究院高级专家，从事移动通信研究20多年，参与2G、3G、4G、5G的研究和标准化工作，拥有多项通信技术专利和奖项，共同出版《3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband》《4G, LTE-Advanced Pro and The Road to 5G》等多部经典技术专著。

斯特凡•巴克浮（Stefan Parkvall）

爱立信公司研究院高级专家，IEEE Fellow，从事移动通信研究20多年，参与2G、3G、4G、5G的研究和标准化工作，拥有多项通信技术专利和奖项，共同出版《3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband》《4G, LTE-Advanced Pro and The Road to 5G》等多部经典技术专著。

约翰•舍尔德（Johan Sk?ld）

爱立信公司研究院主任工程师，从事移动通信研究30多年，参与2G、3G、4G、5G的研究和标准化工作，共同出版《3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband》、《4G, LTE-Advanced Pro and The Road to 5G》等多部经典技术专著。

译者简介

朱怀松　2004年毕业于北京邮电大学并获硕士学位。 现任爱立信中国研发部多天线高级专家。长期从事无线基站的开发工作，主要研究领域包括多天线信号处理和系统性能分析等。工作期间获得专利100余项。

王剑　1994年毕业于西北工业大学计算机系并获硕士学位。 现任爱立信中国研发部无线基带产品研发经理。从2G开始从事移动通信核心网和无线接入网产品管理、研发及标准化工作。工作期间获得多项国际专利。

刘阳　2003年毕业于西安交通大学电信学院并获硕士学位。现任爱立信中国研发部主任系统工程师，从事无线接入网产品研发，经历了3G、4G到5G一系列基站产品，主要负责无线资源管理等算法的研究和产品化。

目录

第1章　5G概述  1

1.1　3GPP和移动通信的标准化  2

1.2　下一代无线接入技术——5G/NR  3

1.2.1　5G应用场景  3

1.2.2　LTE向5G演进  3

1.2.3　NR——新的5G无线接入技术  4

1.2.4　5GCN——新的5G核心网  4

第2章　5G标准化  5

2.1　标准化和监管概述  5

2.2　ITU-R从3G到5G的活动  7

2.2.1　ITU-R的角色  7

2.2.2　IMT-2000和IMT-Advanced  7

2.2.3　ITU-R ?WP5D的IMT-2020流程  8

2.3　5G和IMT-2020  10

2.3.1　IMT-2020使用场景  10

2.3.2　IMT-2020能力集  11

2.3.3　IMT-2020性能要求和评估  14

2.4　3GPP标准化  16

2.4.1　3GPP流程  16

2.4.2　作为IMT-2020候选技术的3GPP 5G规范  18

第3章　5G频谱  20

3.1　移动系统的频谱  20

3.1.1　ITU-R为IMT系统定义的频谱  20

3.1.2　5G的全球频谱状况  23

3.2　NR的频段  24

3.3　6GHz以上的射频暴露  28

第4章　LTE概述  30

4.1　LTE Release 8——基本的无线接入  30

4.2　LTE演进  32

4.3　频谱灵活性  34

4.3.1　载波聚合  34

4.3.2　授权辅助接入  35

4.4　多天线增强  36

4.4.1　扩展的多天线传输  36

4.4.2　多点协作和传输  36

4.4.3　增强的控制信道结构  37

4.5　密集度、微蜂窝和异构部署  37

4.5.1　中继  37

4.5.2　异构部署  38

4.5.3　微蜂窝开关  38

4.5.4　双连接  39

4.5.5　动态TDD  39

4.5.6　WLAN互通  39

4.6　终端增强  40

4.7　新场景  40

4.7.1　设备到设备通信  40

4.7.2　机器类型通信  41

4.7.3　降低时延——sTTI  42

4.7.4　V2V和V2X  42

4.7.5　飞行器  42

第5章　NR概览  43

5.1　高频操作和频谱灵活性  44

5.2　极简设计  45

5.3　向前兼容  45

5.4　传输方案、部分带宽和帧结构  46

5.5　双工方式  48

5.6　低时延支持  49

5.7　调度和数据传输  49

5.8　控制信道  50

5.9　以波束为中心的设计和多天线传输  51

5.10　初始接入  52

5.11　互通和与LTE共存  53

第6章　无线接口架构  55

6.1　系统总体架构  55

6.1.1　5G核心网  55

6.1.2　无线接入网  57

6.2　服务质量  59

6.3　无线协议架构  60

6.4　用户面协议  61

6.4.1　服务数据调整协议  63

6.4.2　分组数据汇聚协议  63

6.4.3　无线链路控制  64

6.4.4　媒体接入控制  65

6.4.5　物理层  73

6.5　控制面协议  74

6.5.1　RRC状态机  74

6.5.2　空闲态和非激活态的移动性  76

6.5.3　连接态的移动性  77

第7章　总体传输结构  79

7.1　传输机制  79

7.2　时域结构  81

7.3　频域结构  83

7.4　部分带宽  86

7.5　NR载波频域位置  88

7.6　载波聚合  89

7.7　补充上行  90

7.7.1　与载波聚合的关系  92

7.7.2　控制信令  92

7.8　双工方式  93

7.8.1　时分双工  94

7.8.2　频分双工   95

7.8.3　时隙格式和时隙格式指示  95

7.9　天线端口  99

7.10　准共址  100

第8章　信道探测  102

8.1　下行信道探测：CSI-RS  102

8.1.1　CSI-RS基本结构  103

8.1.2　CSI-RS配置的频域结构  106

8.1.3　CSI-RS配置的时域特性  106

8.1.4　CSI-IM干扰测量  107

8.1.5　零功率CSI-RS  108

8.1.6　CSI-RS资源集  108

8.1.7　跟踪参考信号  109

8.1.8　物理天线映射  109

8.2　下行测量和上报  110

8.2.1　上报数量  111

8.2.2　测量资源  111

8.2.3　上报类型  112

8.3　上行信道探测：SRS  112

8.3.1　SRS序列和Zadoff-Chu序列  114

8.3.2　多端口SRS  115

8.3.3　SRS时域结构  115

8.3.4　SRS资源集  115

8.3.5　物理天线映射  116

第9章　传输信道处理  117

9.1　概述  117

9.2　信道编码  118

9.2.1　每个传输块添加CRC  118

9.2.2　码块分段  118

9.2.3　信道编码  119

9.3　速率匹配和物理层HARQ功能  120

9.4　加扰  122

9.5　调制  122

9.6　层映射  123

9.7　上行DFT预编码  123

9.8　多天线预编码  123

9.8.1　下行预编码  124

9.8.2　上行预编码  125

9.9　资源映射  126

9.10　下行预留资源  128

9.11　参考信号  130

9.11.1　基于OFDM的上下行传输所使用的DM-RS  131

9.11.2　基于DFT预编码的OFDM上行传输所使用的DM-RS  137

9.11.3　相位跟踪参考信号  138

第10章　物理层控制信令  140

10.1　下行  140

10.1.1　物理下行控制信道  141

10.1.2　控制资源集  143

10.1.3　盲解码和搜索空间  148

10.1.4　下行调度分配：DCI格式1-0和1-1  151

10.1.5　上行调度授权：DCI格式0-0和0-1  154

10.1.6　时隙格式指示：DCI格式2-0  156

10.1.7　抢占指示：DCI格式2-1  156

10.1.8　上行功率控制命令：DCI格式2-2  156

10.1.9　SRS控制命令：DCI格式2-3  157

10.1.10　指示频域资源的信令  157

10.1.11　指示时域资源的信令  158

10.1.12　指示传输块大小的信令  160

10.2　上行  161

10.2.1　PUCCH基本结构  162

10.2.2　PUCCH格式0  163

10.2.3　PUCCH格式1  165

10.2.4　PUCCH格式2  166

10.2.5　PUCCH格式3  167

10.2.6　PUCCH格式4  168

10.2.7　PUCCH传输使用的资源和参数  169

10.2.8　通过PUSCH传输的上行控制信令  170

第11章　多天线传输  173

11.1　简介  173

11.2　下行多天线预编码  177

11.2.1　类型I CSI  178

11.2.2　类型II CSI  180

11.3　上行多天线预编码  180

11.3.1　基于码本的传输  181

11.3.2　基于非码本的预编码  183

第12章　波束管理  185

12.1　初始波束建立  186

12.2　波束调整  186

12.2.1　下行发送端波束调整  187

12.2.2　下行接收端波束调整  188

12.2.3　上行波束调整  188

12.2.4　波束指示和TCI  188

12.3　波束恢复  189

12.3.1　波束失败检测  190

12.3.2　新备选波束的认定  190

12.3.3　终端恢复请求和网络响应  190

第13章　重传协议  192

13.1　带软合并的HARQ  193

13.1.1　软合并  195

13.1.2　下行HARQ  196

13.1.3　上行HARQ  197

13.1.4　上行确认的定时  197

13.1.5　HARQ确认的复用  199

13.2　RLC  201

13.2.1　序列编号和分段  202

13.2.2　确认模式和RLC重传  203

13.3　PDCP  205

第14章　调度  207

14.1　动态下行调度  207

14.1.1　带宽自适应  209

14.1.2　下行抢占处理  210

14.2　动态上行调度  211

14.2.1　上行优先级处理  213

14.2.2　调度请求  215

14.2.3　缓存状态报告  216

14.2.4　功率余量报告  217

14.3　调度和动态TDD  218

14.4　无动态授权的传输  218

14.5　不连续接收  220

第15章　上行功率和定时控制  222

15.1　上行功率控制  222

15.1.1　功率控制基线  222

15.1.2　基于波束的功率控制  224

15.1.3　PUCCH功率控制  226

15.1.4　多个上行载波情况下的功率控制  226

15.2　上行定时控制  227

第16章　初始接入  229

16.1　小区搜索  229

16.1.1　SSB  229

16.1.2　SSB的频域位置  231

16.1.3　SSB的周期  231

16.1.4　SS突发集：时域上多个SSB  232

16.1.5　PSS、SSS和PBCH的详细说明  234

16.1.6　剩余系统信息  237

16.2　随机接入  237

16.2.1　前导码的发送  238

16.2.2　随机接入响应  243

16.2.3　消息3：竞争解决  244

16.2.4　消息4：竞争解决和连接建立  244

16.2.5　补充上行的随机接入  245

第17章　LTE/NR互通和共存  246

17.1　LTE/NR双连接  246

17.1.1　部署场景  247

17.1.2　架构选项  248

17.1.3　单发工作  248

17.2　LTE/NR共存  249

第18章　射频特性  252

18.1　频谱灵活性的影响  252

18.2　不同频率范围的射频要求  254

18.3　信道带宽和频谱利用率  255

18.4　终端射频要求的总体结构  257

18.5　基站射频要求的总体结构  257

18.5.1　NR基站射频传导要求和辐射要求  257

18.5.2　NR不同频率范围的基站类型  259

18.6　NR射频传导要求概述  260

18.6.1　发射机传导特性  260

18.6.2　接收机传导特性  261

18.6.3　区域性要求  262

18.6.4　通过网络信令通知特定频段的终端要求  262

18.6.5　基站等级  262

18.7　传导输出功率电平要求  263

18.7.1　基站输出功率和动态范围  263

18.7.2　终端输出功率和动态范围  263

18.8　发射信号质量  264

18.8.1　EVM和频率误差  264

18.8.2　终端带内发射  264

18.8.3　基站时间对齐  264

18.9　无用发射传导要求  265

18.9.1　实现因素  265

18.9.2　带外域的发射模板  265

18.9.3　邻道泄漏比  267

18.9.4　杂散发射  268

18.9.5　占用带宽  269

18.9.6　发射机互调  269

18.10　传导灵敏度和动态范围  269

18.11　接收机对干扰信号的敏感性  270

18.12　NR的射频辐射要求  271

18.12.1　FR2的终端辐射要求  272

18.12.2　FR1的基站辐射要求  272

18.12.3　FR2的基站辐射要求  273

18.13　研究中的NR射频要求  274

18.13.1　多标准无线基站  274

18.13.2　多频段能力基站  275

18.13.3　工作在非连续频谱  277

第19章　毫米波射频技术  279

19.1　ADC和DAC  279

19.2　本振和相位噪声  281

19.2.1　自由振荡器和锁相环的相位噪声特性  281

19.2.2　毫米波信号生成的挑战  283

19.3　功放效率和无用发射的关系  284

19.4　滤波器  286

19.4.1　模拟前端滤波器  287

19.4.2　插损和带宽  288

19.4.3　滤波器实现示例  289

19.5　接收机噪声系数、动态范围和带宽的关系  291

19.5.1　接收机和噪声系数模型  291

19.5.2　噪声因子和噪底  292

19.5.3　压缩点和增益  293

19.5.4　功率谱密度和动态范围  294

19.5.5　载波频率和毫米波技术  294

19.6　总结  296

第20章　5G的演进  297

20.1　接入和回传一体化  297

20.2　工作在非授权频谱  298

20.3　非正交多址接入  299

20.4　机器类型通信  299

20.5　设备到设备的通信  300

20.6　频谱和双工灵活性  300

20.7　结束语  302

术语表  303

参考文献  310

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